JP2016187284A - Power conversion device and industrial machine using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device capable of suppressing power consumption.SOLUTION: A smoothing capacitor is connected with a DC link bus 102. A battery converter 104 is connected with the DC link bus 102 and includes a reactor L1 and a switching element. A discharge switch SW1 and a discharge resistance R1 are provided in series to a path in parallel to the smoothing capacitor C1. An internal control power supply 110 receives a DC link voltage Vgenerated by the DC link bus 102 to generate a first power supply voltage V. A discharge controller 112 receives a first power supply voltage Vfrom the internal control power supply 110 to control the discharge switch SW1.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device.

クレーンやハイブリッドショベルなどの産業機械には、電力変換装置が用いられる。図1は、産業機械10の電気系統を示すブロック図である。産業機械は、電力変換装置100R、蓄電デバイス200、発電機202、インバータ204、モータ206を備える。   Power conversion devices are used in industrial machines such as cranes and hybrid excavators. FIG. 1 is a block diagram showing an electrical system of the industrial machine 10. The industrial machine includes a power conversion device 100R, a power storage device 200, a generator 202, an inverter 204, and a motor 206.

インバータ204は、力行運転時にモータ206に電力を供給し、回転させる。またモータ206の回生運転時には、インバータ204は、モータ206からの電流を整流し、電力変換装置100Rに供給する。蓄電デバイス200は、リチウムイオン電池などの2次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどである。発電機202は、発電機202は、エンジンの回転に応じた電力を発生する。   The inverter 204 supplies electric power to the motor 206 during the power running operation and rotates it. In addition, during the regenerative operation of the motor 206, the inverter 204 rectifies the current from the motor 206 and supplies it to the power conversion device 100R. The electricity storage device 200 is a secondary battery such as a lithium ion battery, or an electric double layer capacitor. The generator 202 generates electric power according to the rotation of the engine.

電力変換装置100Rは、蓄電デバイス200、発電機202、インバータ204の間に設けられ、それらの間で電圧レベルを適切に変換する。電力変換装置100Rは、DCリンクバス102、バッテリコンバータ104、エンジンコンバータ120、平滑コンデンサC1、放電抵抗R1を備える。   The power conversion device 100R is provided between the power storage device 200, the generator 202, and the inverter 204, and appropriately converts the voltage level among them. The power conversion device 100R includes a DC link bus 102, a battery converter 104, an engine converter 120, a smoothing capacitor C1, and a discharge resistor R1.

平滑コンデンサC1は、DCリンクバス102に接続される。エンジンコンバータ120の降圧側端子は、発電機202と接続され、昇圧側端子はDCリンクバス102と接続される。エンジンコンバータ120は、発電機202からの直流電圧を昇圧し、DCリンクバス102の電圧(DCリンク電圧)を所定レベルに安定化する。   The smoothing capacitor C <b> 1 is connected to the DC link bus 102. The step-down terminal of engine converter 120 is connected to generator 202, and the step-up terminal is connected to DC link bus 102. The engine converter 120 boosts the direct current voltage from the generator 202 and stabilizes the voltage of the DC link bus 102 (DC link voltage) at a predetermined level.

バッテリコンバータ104の降圧側端子は蓄電デバイス200と接続され、昇圧側端子はDCリンクバス102と接続される。バッテリコンバータ104は、モータ206の力行運転時には、昇圧コンバータとして動作し、蓄電デバイス200の電圧VBATを昇圧する。バッテリコンバータ104は、モータ206の回生運転時には、降圧コンバータとして動作し、DCリンクバス102からエネルギーを蓄電デバイス200に回収し、DCリンク電圧VDCを安定化させる。 The step-down terminal of battery converter 104 is connected to power storage device 200, and the step-up terminal is connected to DC link bus 102. Battery converter 104 operates as a boost converter during powering operation of motor 206 and boosts voltage V BAT of power storage device 200. The battery converter 104 operates as a step-down converter during the regenerative operation of the motor 206, recovers energy from the DC link bus 102 to the power storage device 200, and stabilizes the DC link voltage VDC .

特開2008−254830号公報JP 2008-254830 A

用途によっては、DCリンク電圧VDCは非常に高圧(たとえば数百V以上)となる。したがって電力変換装置100Rの非動作時において、平滑コンデンサC1の電荷が残留していると、DCリンク電圧VDCの高圧が維持されるため危険である。 Depending on the application, the DC link voltage V DC is very high (eg, several hundred volts or more). Therefore, when the electric power converter 100R is not operating, if the electric charge of the smoothing capacitor C1 remains, it is dangerous because the high voltage of the DC link voltage VDC is maintained.

そこで平滑コンデンサC1と並列に、放電抵抗R1が挿入される。電力変換装置100Rの動作が停止すると、平滑コンデンサC1の電荷は放電抵抗R1を介して放電され、DCリンク電圧VDCが安全電圧VSAFE(たとえば60V以下)まで低下する。また放電抵抗R1は、バッテリコンバータ104の停止時において、回生運転となりインバータ204から過剰な電力が供給されたときに、平滑コンデンサC1が許容電圧レベルを超えるのを抑制する。 Therefore, a discharge resistor R1 is inserted in parallel with the smoothing capacitor C1. When the operation of the power conversion device 100R stops, the electric charge of the smoothing capacitor C1 is discharged through the discharge resistor R1, and the DC link voltage V DC decreases to the safe voltage V SAFE (for example, 60 V or less). Further, the discharge resistor R1 suppresses the smoothing capacitor C1 from exceeding the allowable voltage level when the battery converter 104 is in a regenerative operation and excessive power is supplied from the inverter 204.

一方、放電抵抗R1は、電力変換装置100Rの動作中においても、常に平滑コンデンサC1の放電経路を形成している。したがって放電抵抗R1によって常に無駄な電力(P=R×IDIS =VDC /R)が消費されることとなり、省エネ化の要請に反する。 On the other hand, the discharge resistor R1 always forms the discharge path of the smoothing capacitor C1 even during the operation of the power conversion device 100R. Therefore, wasteful power (P = R × I DIS 2 = V DC 2 / R) is always consumed by the discharge resistor R1, which is against the demand for energy saving.

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、消費電力を低減した産業機械用の電力変換装置の提供にある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and one of the exemplary objects of an aspect thereof is to provide a power conversion device for industrial machines with reduced power consumption.

本発明のある態様は、モータ、インバータおよび蓄電デバイスを備える産業機械に使用される電力変換装置に関する。電力変換装置は、DCリンクバスと、DCリンクバスに接続される平滑コンデンサと、その昇圧側端子がDCリンクバスと接続され、その降圧側端子が前記蓄電デバイスと接続され、リアクトルおよびスイッチング素子を含む第1昇降圧コンバータと、平滑コンデンサと並列な経路に、直列に設けられる放電抵抗および放電スイッチと、DCリンクバスに発生するDCリンク電圧を受け、第1電源電圧を生成する内部制御電源と、内部制御電源からの第1電源電圧が供給され、放電スイッチを制御する放電コントローラと、を備える。   An aspect of the present invention relates to a power conversion device used in an industrial machine including a motor, an inverter, and an electricity storage device. The power conversion device includes a DC link bus, a smoothing capacitor connected to the DC link bus, a boost side terminal connected to the DC link bus, a step down side terminal connected to the power storage device, a reactor and a switching element. A first step-up / down converter including a discharge resistor and a discharge switch provided in series on a path parallel to the smoothing capacitor, and an internal control power supply that receives a DC link voltage generated in the DC link bus and generates a first power supply voltage. A discharge controller that is supplied with a first power supply voltage from the internal control power supply and controls the discharge switch.

この態様によると、通常の動作時には放電スイッチをオフすることで、放電経路を遮断できるため、無駄な消費電力を低減できる。また放電スイッチを制御する放電コントローラの電源を、DCリンク電圧にもとづいて生成することとしているため、放電スイッチをオンすべき期間、つまりDCリンク電圧がある程度高い状態では、放電コントローラを確実に動作させることができる。これにより、DCリンク電圧を安全電圧以下まで確実に低下させることができる。   According to this aspect, since the discharge path can be cut off by turning off the discharge switch during normal operation, wasteful power consumption can be reduced. In addition, since the power source of the discharge controller that controls the discharge switch is generated based on the DC link voltage, the discharge controller is reliably operated in a period during which the discharge switch should be turned on, that is, in a state where the DC link voltage is high to some extent. be able to. As a result, the DC link voltage can be reliably reduced to a safe voltage or less.

電力変換装置は、外部から電源供給され、第2電源電圧を生成する外部制御電源をさらに備えてもよい。放電コントローラは、第1電源電圧、第2電源電圧の一方を受けて動作可能であってもよい。
放電コントローラへの電源供給を多重化することで、より確実に放電スイッチを制御できる。
The power conversion device may further include an external control power supply that is supplied with power from outside and generates a second power supply voltage. The discharge controller may be operable by receiving one of the first power supply voltage and the second power supply voltage.
By multiplexing the power supply to the discharge controller, the discharge switch can be controlled more reliably.

電力変換装置は、その昇圧側端子がDCリンクバスと接続され、その降圧側端子がエンジンを動力源とする発電機と接続される第2昇降圧コンバータをさらに備えてもよい。   The power conversion device may further include a second step-up / step-down converter whose boost side terminal is connected to the DC link bus and whose buck side terminal is connected to a generator that uses the engine as a power source.

放電コントローラは、第1昇降圧コンバータの停止状態においてモータが回生運転するときに、放電スイッチをオンしてもよい。
これにより、DCリンク電圧が過電圧となるのを防止できる。
The discharge controller may turn on the discharge switch when the motor performs a regenerative operation when the first step-up / down converter is stopped.
Thereby, it is possible to prevent the DC link voltage from becoming an overvoltage.

本発明の別の態様は産業機械に関する。産業機械は、モータ、インバータおよび蓄電デバイスと、上述のいずれかの電力変換装置と、を備える。   Another aspect of the present invention relates to an industrial machine. The industrial machine includes a motor, an inverter, an electricity storage device, and any one of the above-described power conversion devices.

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as an aspect of the present invention.

本発明によれば、電力変換装置の消費電力を低減できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power consumption of a power converter device can be reduced.

産業機械の電気系統を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric system of an industrial machine. 実施の形態に係る電力変換装置のブロック図である。It is a block diagram of the power converter device concerning an embodiment. 図2の電力変換装置の動作波形図である。It is an operation | movement waveform diagram of the power converter device of FIG.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected to each other in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as their electric It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.

図2は、実施の形態に係る電力変換装置100のブロック図である。電力変換装置100は、図1に類する電気系統を産業機械に使用される。後述のように産業機械としては、クレーンやハイブリッドショベルが好適である。電力変換装置100は、1次側Pに接続される発電機202、2次側Sに接続される蓄電デバイス200、ならびにDCリンクバス102に接続されるインバータおよびモータ(不図示、3次側と称する)との間で、エネルギーを授受可能に構成される。   FIG. 2 is a block diagram of the power conversion apparatus 100 according to the embodiment. In the power conversion apparatus 100, an electrical system similar to FIG. 1 is used for an industrial machine. As will be described later, cranes and hybrid excavators are suitable as industrial machines. The power conversion apparatus 100 includes a generator 202 connected to the primary side P, a power storage device 200 connected to the secondary side S, and an inverter and a motor (not shown, a tertiary side connected to the DC link bus 102). Energy).

1次側Pには、たとえばエンジンにより駆動される発電機202と、発電機202が発生する交流電圧を整流する整流回路203が接続される。また2次側Sには、蓄電デバイス200が接続される。蓄電デバイス200は、たとえばリチウムイオンなどの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどのコンデンサである。   For example, a generator 202 driven by an engine and a rectifier circuit 203 that rectifies an AC voltage generated by the generator 202 are connected to the primary side P. Further, the secondary side S is connected to the power storage device 200. The electricity storage device 200 is, for example, a secondary battery such as lithium ion or a capacitor such as an electric double layer capacitor.

電力変換装置100は、DCリンクバス102、平滑コンデンサC1、第1の昇降圧コンバータであるバッテリコンバータ104、コンバータコントローラ106、制御電源108、放電抵抗R1、放電スイッチSW1、放電コントローラ112、内部制御電源110、外部制御電源114、第2昇降圧コンバータであるエンジンコンバータ120を備える。   The power conversion apparatus 100 includes a DC link bus 102, a smoothing capacitor C1, a battery converter 104 that is a first step-up / step-down converter, a converter controller 106, a control power supply 108, a discharge resistor R1, a discharge switch SW1, a discharge controller 112, and an internal control power supply. 110, an external control power supply 114, and an engine converter 120 as a second step-up / down converter.

平滑コンデンサC1はDCリンクバス102に接続され、DCリンクバス102の電圧(DCリンク電圧)VDCを平滑・安定化する。 The smoothing capacitor C1 is connected to the DC link bus 102, and smoothes and stabilizes the voltage (DC link voltage) V DC of the DC link bus 102.

エンジンコンバータ120は、その昇圧側端子AがDCリンクバス102と接続され、その降圧側端子Bが整流回路203に接続されている。エンジンコンバータ120は、整流回路203からの直流電圧Vを受け、それを昇圧して、DCリンクバス102のDCリンク電圧VDCを所定の目標電圧VREFに安定化する。エンジンコンバータ120は、リアクトルL1およびスイッチング素子M1、M2、平滑コンデンサC2を含む。エンジンコンバータ120のスイッチング素子M1、M2は、コンバータコントローラ122によって制御される。 The engine converter 120 has a step-up terminal A connected to the DC link bus 102 and a step-down terminal B connected to the rectifier circuit 203. Engine converter 120 receives the DC voltage V P of the rectifying circuit 203 boosts it, stabilizes the DC link voltage V DC of the DC link bus 102 to a predetermined target voltage V REF. Engine converter 120 includes a reactor L1, switching elements M1, M2, and a smoothing capacitor C2. Switching elements M 1 and M 2 of engine converter 120 are controlled by converter controller 122.

バッテリコンバータ104は、その昇圧側端子AがDCリンクバス102と接続され、その降圧側端子Bが蓄電デバイス200と接続される。バッテリコンバータ104は、エンジンコンバータ120と同様に構成される。平滑コンデンサC2は省略してもよい。   The battery converter 104 has a step-up terminal A connected to the DC link bus 102 and a step-down terminal B connected to the power storage device 200. Battery converter 104 is configured in the same manner as engine converter 120. The smoothing capacitor C2 may be omitted.

コンバータコントローラ106は、バッテリコンバータ104のスイッチング素子M1、M2を制御する。コンバータコントローラ106は、制御電源108が生成する電源電圧VDD3を受けて動作する。 Converter controller 106 controls switching elements M <b> 1 and M <b> 2 of battery converter 104. Converter controller 106 operates in response to power supply voltage V DD3 generated by control power supply 108.

コンバータコントローラ106は、モータの力行運転時において、昇圧コンバータとして動作し、蓄電デバイス200の電圧VBATを昇圧してDCリンク電圧VDCを安定化する。つまり、エンジンコンバータ120からインバータへの供給をアシストする。反対にコンバータコントローラ106は、モータの回生運転時には、降圧コンバータとして動作し、DCリンクバス102からエネルギーを蓄電デバイス200に回収し、DCリンク電圧VDCを安定化させる。 Converter controller 106 operates as a boost converter during powering operation of the motor, and boosts voltage V BAT of power storage device 200 to stabilize DC link voltage V DC . That is, the supply from the engine converter 120 to the inverter is assisted. On the contrary, the converter controller 106 operates as a step-down converter during the regenerative operation of the motor, recovers energy from the DC link bus 102 to the power storage device 200, and stabilizes the DC link voltage VDC .

放電抵抗R1および放電スイッチSW1は、平滑コンデンサC1と並列な経路に、言い換えればDCリンクバス102と接地ライン103の間に、直列に設けられる。内部制御電源110は、制御電源108とは別に設けられており、DCリンク電圧VDCを受け、第1電源電圧VDD1を生成する。 Discharge resistor R1 and discharge switch SW1 are provided in a path parallel to smoothing capacitor C1, in other words, in series between DC link bus 102 and ground line 103. The internal control power supply 110 is provided separately from the control power supply 108 and receives the DC link voltage V DC and generates the first power supply voltage V DD1 .

放電コントローラ112は、内部制御電源110からの第1電源電圧VDD1を受け、放電スイッチSW1を制御する。具体的には放電コントローラ112は、電力変換装置100の動作停止時に、放電スイッチSW1をオンする。また放電コントローラ112は、電力変換装置100の動作中であっても、図示しないインバータあるいはエンジンコンバータ120からのDCリンクバス102への電力供給が過剰であるときには、放電スイッチSW1をオンし、DCリンク電圧VDCのオーバーシュートを抑制してもよい。たとえばバッテリコンバータ104の停止状態においてモータが回生運転するときには、DCリンクバス102への電力供給が過剰となる。そこで放電コントローラ112は、バッテリコンバータ104の停止状態においてモータが回生運転するときに放電スイッチSW1をオンする。放電コントローラ112は、外部からの制御指令に応じて放電スイッチSW1を制御してもよいし、自らが、発電機202、バッテリコンバータ104、エンジンコンバータ120、インバータやモータ等の状態を監視し、監視結果に基づいて適応的に放電スイッチSW1を制御してもよい。 The discharge controller 112 receives the first power supply voltage V DD1 from the internal control power supply 110 and controls the discharge switch SW1. Specifically, the discharge controller 112 turns on the discharge switch SW1 when the operation of the power conversion apparatus 100 is stopped. In addition, even when the power conversion apparatus 100 is in operation, the discharge controller 112 turns on the discharge switch SW1 when the power supply from the inverter (not shown) or the engine converter 120 to the DC link bus 102 is excessive, and the DC link The overshoot of the voltage VDC may be suppressed. For example, when the motor performs a regenerative operation while the battery converter 104 is stopped, the power supply to the DC link bus 102 becomes excessive. Accordingly, the discharge controller 112 turns on the discharge switch SW1 when the motor performs a regenerative operation while the battery converter 104 is stopped. The discharge controller 112 may control the discharge switch SW1 according to a control command from the outside, or monitors the state of the generator 202, the battery converter 104, the engine converter 120, the inverter, the motor, and the like by itself. The discharge switch SW1 may be controlled adaptively based on the result.

外部制御電源114は、外部からの電源電圧VEXTの供給を受け、第2電源電圧VDD2を生成する。外部電源電圧VEXTは、整流回路203が生成する直流電圧Vであってもよいし、外部から与えられる商用交流電圧であってもよく、その起源は問わない。 The external control power supply 114 receives the supply of the power supply voltage VEXT from the outside and generates the second power supply voltage VDD2 . External supply voltage V EXT may be a DC voltage V P of the rectifying circuit 203 generates may be a commercial AC voltage supplied from the outside, its origin is not particularly limited.

放電コントローラ112には、第1電源電圧VDD1に加えて、第2電源電圧VDD2が供給可能であってもよい。たとえば放電コントローラ112は、ダイオードOR回路116を介して、2つの電源電圧VDD1,VDD2が供給され、それらのうち、電圧レベルの高い一方を電源として動作してもよい。 In addition to the first power supply voltage V DD1 , the second power supply voltage V DD2 may be supplied to the discharge controller 112. For example, the discharge controller 112 may be supplied with two power supply voltages V DD1 and V DD2 via the diode OR circuit 116, and may operate with one of the higher voltage levels as a power source.

以上が電力変換装置100の構成である。続いてその動作を説明する。
図3は、図2の電力変換装置100の動作波形図である。ここでは外部制御電源114からの第2電源電圧VDD2は、放電コントローラ112に供給されておらず、放電コントローラ112には第1電源電圧VDD1が供給されるものとする。
The above is the configuration of the power conversion apparatus 100. Next, the operation will be described.
FIG. 3 is an operation waveform diagram of the power conversion apparatus 100 of FIG. Here, the second power supply voltage V DD2 from the external control power supply 114 is not supplied to the discharge controller 112, and the first power supply voltage V DD1 is supplied to the discharge controller 112.

時刻t0より前は、電力変換装置100が動作状態であり、DCリンク電圧VDCは、所定電圧VREFに安定化されている。この間、放電コントローラ112には、内部制御電源110により生成される第1電源電圧VDD1が供給され、放電スイッチSW1を制御可能となっている。時刻t0より前、放電コントローラ112は、放電スイッチSW1をオフしており、したがって放電経路130は遮断され、無駄な電力消費が抑制されている。 Prior to time t0, the power conversion apparatus 100 is in an operating state, and the DC link voltage V DC is stabilized at the predetermined voltage V REF . During this time, the first power supply voltage V DD1 generated by the internal control power supply 110 is supplied to the discharge controller 112 so that the discharge switch SW1 can be controlled. Prior to time t0, the discharge controller 112 has turned off the discharge switch SW1, so that the discharge path 130 is cut off and wasteful power consumption is suppressed.

時刻t0に発電機202が停止し、電力変換装置100も停止状態となる。電力変換装置100の停止状態では、エンジンコンバータ120、バッテリコンバータ104はいずれも停止する。これを契機として放電コントローラ112は、放電スイッチSW1をターンオンする。これにより平滑コンデンサC1の電荷が放電抵抗R1、放電スイッチSW1を含む放電経路130を介して放電され、DCリンク電圧VDCが時間とともに低下していく。やがて時刻t1に、DCリンク電圧VDCは、人体がDCリンクバス102に接触しても危害が及ばない安全電圧VSAFE以下となる。 At time t0, the generator 202 is stopped and the power conversion apparatus 100 is also stopped. In the stop state of power conversion device 100, both engine converter 120 and battery converter 104 are stopped. In response to this, the discharge controller 112 turns on the discharge switch SW1. As a result, the electric charge of the smoothing capacitor C1 is discharged through the discharge path 130 including the discharge resistor R1 and the discharge switch SW1, and the DC link voltage VDC decreases with time. Eventually, at time t1, the DC link voltage V DC becomes equal to or lower than the safe voltage V SAFE that does not cause harm even if the human body contacts the DC link bus 102.

さらにDCリンク電圧VDCが低下すると、内部制御電源110が生成する第1電源電圧VDD1が低下し始め、時刻t2に第1電源電圧VDD1は、放電コントローラ112の最低動作電圧VLOWを下回る。時刻t2以降、放電コントローラ112は、放電スイッチSW1を制御不能となり、放電スイッチSW1のオン/オフ状態は不定となる。DCリンク電圧VDCは、安全電圧VSAFEより低い範囲で不定となり、リーク電流によって緩やかに低下していく。 When the DC link voltage V DC further decreases, the first power supply voltage V DD1 generated by the internal control power supply 110 starts to decrease, and at time t2, the first power supply voltage V DD1 falls below the minimum operating voltage V LOW of the discharge controller 112. . After time t2, the discharge controller 112 becomes unable to control the discharge switch SW1, and the on / off state of the discharge switch SW1 becomes indefinite. The DC link voltage V DC becomes indefinite in a range lower than the safety voltage V SAFE and gradually decreases due to a leakage current.

以上が電力変換装置100の動作である。続いてその効果を説明する。
第1に、電力変換装置100によれば、通常の動作時には放電スイッチSW1をオフすることで、放電経路130を遮断できるため、無駄な消費電力を低減できる。
The above is the operation of the power conversion apparatus 100. Next, the effect will be described.
First, according to the power conversion device 100, since the discharge path 130 can be cut off by turning off the discharge switch SW <b> 1 during normal operation, wasteful power consumption can be reduced.

第2に、放電スイッチSW1を制御する放電コントローラ112の電源を、DCリンク電圧VDCにもとづいて生成することとしている。ここで安全電圧VSAFEは60V程度であり、放電コントローラ112の最低動作電圧VLOWは、数Vからせいぜい20V程度である。したがって、内部制御電源110は、DCリンク電圧VDCが安全電圧VSAFEより低くなった後しばらくの間は、第1電源電圧VDD1を最低動作電圧VLOWよりも高い範囲に維持できる。 Second, the power source of the discharge controller 112 that controls the discharge switch SW1 is generated based on the DC link voltage VDC . Here, the safety voltage V SAFE is about 60 V, and the minimum operating voltage V LOW of the discharge controller 112 is about several V to about 20 V at most. Thus, the internal control power supply 110, while after the DC link voltage V DC is lower than the safety voltage V SAFE can maintain the first power supply voltage V DD1 to range higher than the minimum operating voltage V LOW.

したがって、放電スイッチSW1をオンすべき期間、つまりDCリンク電圧VDCが安全電圧VSAFEより高い状態では、放電コントローラ112を確実に動作させることができる。これにより、DCリンク電圧VDCを安全電圧VSAFE以下まで確実に低下させることができる。 Accordingly, the discharge controller 112 can be reliably operated in a period during which the discharge switch SW1 is to be turned on, that is, in a state where the DC link voltage V DC is higher than the safety voltage V SAFE . As a result, the DC link voltage V DC can be surely lowered to the safety voltage V SAFE or lower.

第2の利点は、比較技術との対比によって明確となる。比較技術として、放電コントローラ112の電源電圧として、発電機202を起源とする電圧が供給される構成を考える。この構成では、発電機202の停止状態、つまり電力変換装置100の停止状態では、放電コントローラ112に電源電圧が供給されないため、放電スイッチSW1をターンオンすることができない。   The second advantage becomes clear by comparison with the comparative technique. As a comparative technique, consider a configuration in which a voltage originating from the generator 202 is supplied as the power supply voltage of the discharge controller 112. In this configuration, when the generator 202 is stopped, that is, when the power conversion apparatus 100 is stopped, the power supply voltage is not supplied to the discharge controller 112, and thus the discharge switch SW1 cannot be turned on.

別の比較技術として、放電コントローラ112の電源電圧として、商用交流電圧を起源とする電圧が供給される構成を考える。この構成では、商用交流電圧が供給されない状況では、放電コントローラ112に電源電圧が供給されないため、放電スイッチSW1をターンオンすることができない。   As another comparative technique, a configuration in which a voltage originating from a commercial AC voltage is supplied as the power supply voltage of the discharge controller 112 is considered. In this configuration, in a situation where the commercial AC voltage is not supplied, the power supply voltage is not supplied to the discharge controller 112, and thus the discharge switch SW1 cannot be turned on.

これらの比較技術と対比して、実施の形態に係る電力変換装置100によれば、DCリンク電圧VDCを起源とした第1電源電圧VDD1を放電コントローラ112に供給することとしたため、確実に放電スイッチSW1をターンオンすることができる。 In contrast to these comparative techniques, according to the power conversion device 100 according to the embodiment, the first power supply voltage V DD1 originating from the DC link voltage V DC is supplied to the discharge controller 112, so that The discharge switch SW1 can be turned on.

(用途)
続いて、電力変換装置100の用途を説明する。電力変換装置100は、産業機械のひとつであるクレーンに使用される。クレーンは、図1に示す電気系統を有し、たとえばモータ206は、巻き上げ、巻き下げ用の主巻電動機に対応する。クレーンの巻き上げ時には、モータ206は力行運転をし、このときエンジンコンバータ120、バッテリコンバータ104は昇圧動作し、インバータに電力を供給する。一方、クレーンの巻き下げ時には、モータ206は回生運転となり、このときエンジンコンバータ120は停止し、バッテリコンバータ104は降圧動作し、回生エネルギーを蓄電デバイス200に回収する。
(Use)
Then, the use of the power converter device 100 is demonstrated. The power conversion device 100 is used in a crane that is one of industrial machines. The crane has the electrical system shown in FIG. 1. For example, the motor 206 corresponds to a main winding motor for hoisting and lowering. When the crane is hoisted, the motor 206 performs a power running operation. At this time, the engine converter 120 and the battery converter 104 are boosted to supply electric power to the inverter. On the other hand, when the crane is lowered, the motor 206 is in a regenerative operation. At this time, the engine converter 120 is stopped, the battery converter 104 is stepped down, and the regenerative energy is recovered in the power storage device 200.

電力変換装置100の動作中には、放電スイッチSW1をオフすることで消費電力が低減される。ただし電力変換装置100の動作であっても、巻き下げ動作中に、バッテリコンバータ104が故障あるいは制御下で停止した場合には、放電スイッチSW1をオンする。これによりDCリンクバス102に過大な電圧が生ずるのを防止でき、平滑コンデンサC1などの回路部品を保護できる。   During operation of the power conversion apparatus 100, the power consumption is reduced by turning off the discharge switch SW1. However, even in the operation of the power conversion device 100, when the battery converter 104 is broken down or stopped under control during the lowering operation, the discharge switch SW1 is turned on. As a result, it is possible to prevent an excessive voltage from being generated in the DC link bus 102 and to protect circuit components such as the smoothing capacitor C1.

別の実施の形態において、電力変換装置100は、産業機械のひとつであるハイブリッドショベルに使用される。ハイブリッドショベルも図1に示す電気系統を有し、たとえばモータ206は、上部旋回体を回転させる旋回モータに対応する。旋回時には、モータ206は力行運転をし、このときエンジンコンバータ120、バッテリコンバータ104は昇圧動作し、インバータに電力を供給する。一方、旋回のブレーキ時には、モータ206は回生運転となり、このときエンジンコンバータ120は停止し、バッテリコンバータ104は降圧動作し、回生エネルギーを蓄電デバイス200に回収する。   In another embodiment, the power conversion device 100 is used in a hybrid excavator that is one of industrial machines. The hybrid excavator also has the electric system shown in FIG. 1. For example, the motor 206 corresponds to a turning motor that rotates the upper turning body. At the time of turning, the motor 206 performs a power running operation. At this time, the engine converter 120 and the battery converter 104 are boosted to supply power to the inverter. On the other hand, at the time of turning braking, the motor 206 is in a regenerative operation. At this time, the engine converter 120 stops, the battery converter 104 performs a step-down operation, and the regenerative energy is recovered in the power storage device 200.

ショベルにおいても電力変換装置100の動作中には、放電スイッチSW1をオフすることで消費電力が低減される。ただし電力変換装置100の動作であっても、旋回減速中に、バッテリコンバータ104が故障し、あるいは回路保護のためにバッテリコンバータ104を意図的に停止制御した場合には、放電スイッチSW1をオンする。これによりDCリンクバス102に過大な電圧が生ずるのを防止でき、平滑コンデンサC1などの回路部品を保護できる。   Also in the shovel, power consumption is reduced by turning off the discharge switch SW1 during the operation of the power conversion apparatus 100. However, even in the operation of the power conversion device 100, if the battery converter 104 fails during turning deceleration or the battery converter 104 is intentionally stopped for circuit protection, the discharge switch SW1 is turned on. . As a result, it is possible to prevent an excessive voltage from being generated in the DC link bus 102 and to protect circuit components such as the smoothing capacitor C1.

このような産業機械に実施の形態に係る電力変換装置100を搭載することにより、エネルギー効率を改善することができ、商品価値を高めることができる。   By mounting the power conversion device 100 according to the embodiment on such an industrial machine, energy efficiency can be improved and commercial value can be increased.

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例を説明する。   In the above, this invention was demonstrated based on the Example. It will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible, various modifications are possible, and such modifications are within the scope of the present invention. By the way. Hereinafter, such modifications will be described.

(第1変形例)
電力変換装置100は、ダイオードOR回路116に代えて、スイッチあるいはセレクタを備えてもよい。これにより、内部制御電源110、外部制御電源114が生成する電源電圧VDD1、VDD2が選択的に放電コントローラ112に供給されるようにしてもよい。あるいは、ケーブルの差し替えによって、内部制御電源110と外部制御電源114が選択可能であってもよい。また外部制御電源114を省略してもよい。
(First modification)
The power conversion device 100 may include a switch or a selector instead of the diode OR circuit 116. Thereby, the power supply voltages V DD1 and V DD2 generated by the internal control power supply 110 and the external control power supply 114 may be selectively supplied to the discharge controller 112. Alternatively, the internal control power supply 110 and the external control power supply 114 may be selectable by cable replacement. Further, the external control power supply 114 may be omitted.

(第2変形例)
コンバータコントローラ106は、バッテリコンバータ104を、DCリンクバス102側を出力、蓄電デバイス200側を入力とする昇圧コンバータとして動作させ、電池電圧VBATを昇圧し、DCリンクバス102に電力を供給し、DCリンク電圧VDCを上昇させてもよい。またエンジンコンバータ120に代えて、電動機等を駆動し、あるいは電動機からの回生電流を平滑コンデンサC1に回収するインバータが設けられてもよい。
(Second modification)
The converter controller 106 operates the battery converter 104 as a step-up converter having the DC link bus 102 side as an output and the power storage device 200 side as an input, boosts the battery voltage V BAT , supplies power to the DC link bus 102, The DC link voltage V DC may be increased. Instead of engine converter 120, an inverter that drives an electric motor or the like or collects a regenerative current from the electric motor in smoothing capacitor C1 may be provided.

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。   Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.

100…電力変換装置、102…DCリンクバス、104…バッテリコンバータ、106…コンバータコントローラ、108…制御電源、110…内部制御電源、112…放電コントローラ、114…外部制御電源、116…ダイオードOR回路、120…エンジンコンバータ、130…放電経路、200…蓄電デバイス、202…発電機、203…整流回路、L1…リアクトル、C1…平滑コンデンサ、M1,M2…スイッチング素子、C2…平滑コンデンサ、R1…放電抵抗、SW1…放電スイッチ、VDD1…第1電源電圧、VDD2…第2電源電圧。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Power converter, 102 ... DC link bus, 104 ... Battery converter, 106 ... Converter controller, 108 ... Control power supply, 110 ... Internal control power supply, 112 ... Discharge controller, 114 ... External control power supply, 116 ... Diode OR circuit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 120 ... Engine converter, 130 ... Discharge path, 200 ... Power storage device, 202 ... Generator, 203 ... Rectifier circuit, L1 ... Reactor, C1 ... Smoothing capacitor, M1, M2 ... Switching element, C2 ... Smoothing capacitor, R1 ... Discharge resistance , SW1 ... discharge switch, V DD1 ... first power supply voltage, V DD2 ... second power supply voltage.

Claims (5)

モータ、インバータおよび蓄電デバイスを備える産業機械に使用される電力変換装置であって、
DCリンクバスと、
前記DCリンクバスに接続される平滑コンデンサと、
その昇圧側端子が前記DCリンクバスと接続され、その降圧側端子が前記蓄電デバイスと接続され、リアクトルおよびスイッチング素子を含む第1昇降圧コンバータと、
前記平滑コンデンサと並列な経路に、直列に設けられる放電抵抗および放電スイッチと、
前記DCリンクバスに発生するDCリンク電圧を受け、第1電源電圧を生成する内部制御電源と、
前記内部制御電源からの前記第1電源電圧が供給され、前記放電スイッチを制御する放電コントローラと、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
A power conversion device used in an industrial machine including a motor, an inverter, and a power storage device,
DC link bus,
A smoothing capacitor connected to the DC link bus;
A first step-up / step-down converter having a step-up side terminal connected to the DC link bus, a step-down side terminal connected to the power storage device, and including a reactor and a switching element;
A discharge resistor and a discharge switch provided in series in a path parallel to the smoothing capacitor;
An internal control power supply for receiving a DC link voltage generated in the DC link bus and generating a first power supply voltage;
A discharge controller that is supplied with the first power supply voltage from the internal control power supply and controls the discharge switch;
A power conversion device comprising:
外部から電源供給され、第2電源電圧を生成する外部制御電源をさらに備え、
前記放電コントローラは、前記第1電源電圧、前記第2電源電圧の一方を受けて動作可能であることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。
An external control power source that is externally powered and generates a second power supply voltage;
The power converter according to claim 1, wherein the discharge controller is operable by receiving one of the first power supply voltage and the second power supply voltage.
その昇圧側端子が前記DCリンクバスと接続され、その降圧側端子がエンジンを動力源とする発電機と接続される第2昇降圧コンバータをさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。   The boost-side terminal is connected to the DC link bus, and the step-down-side terminal is further provided with a second step-up / down converter connected to a generator using the engine as a power source. Power converter. 前記放電コントローラは、前記第1昇降圧コンバータの停止状態において前記モータが回生運転するときに、前記放電スイッチをオンすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電力変換装置。   4. The power converter according to claim 1, wherein the discharge controller turns on the discharge switch when the motor performs a regenerative operation in a stopped state of the first step-up / down converter. 5. モータ、インバータおよび蓄電デバイスと、
請求項1から4のいずれかに記載の電力変換装置と、
を備えることを特徴とする産業機械。
A motor, an inverter and an electricity storage device;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 4,
An industrial machine characterized by comprising:
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