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

電力変換装置および電力変換装置の制御方法 Download PDF

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伸久 前田
江鳴 毛利
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江鳴 毛利
俊祐 松永
Shunsuke Matsunaga
俊祐 松永
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Shiori Masuyama
しおり 増山
將紀 栗田
Masaki Kurita
將紀 栗田
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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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