JP2018078768A - Working machine and power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業機械及び電力変換装置に関する。 The present invention relates to a work machine and a power conversion device.
クレーンの巻上げモータ、横行用モータ、走行用モータ等の駆動用電源として、商用電源、エンジンにより駆動される発電機、蓄電装置等が用いられる。駆動用電源が交流である場合には、AC−DCコンバータや、整流器とDC−DCコンバータとを組み合わせた電力変換装置によって交流電力が直流電力に変換される。駆動用電源が直流である場合には、DC−DCコンバータによって電源電圧が昇圧される。交流から直流に変換された直流電力、または昇圧された直流電力をインバータで三相交流電力に変換した後、三相交流電力で巻上げモータ等を駆動する。 Commercial power sources, generators driven by engines, power storage devices, and the like are used as power sources for driving crane hoisting motors, traverse motors, travel motors, and the like. When the driving power supply is alternating current, alternating current power is converted into direct current power by an AC-DC converter or a power conversion device that combines a rectifier and a DC-DC converter. When the driving power supply is a direct current, the power supply voltage is boosted by the DC-DC converter. After the DC power converted from AC to DC or the boosted DC power is converted into three-phase AC power by an inverter, a winding motor or the like is driven by the three-phase AC power.
AC−DCコンバータやDC−DCコンバータ等の電力変換装置の高圧側に接続された電気機器により入出力される電力の急変時に生じ得る高圧側の電圧低下や過電圧の発生を抑制する電源装置が特許文献1に開示されている。 A power supply device that suppresses the occurrence of a voltage drop or overvoltage on the high-voltage side that can occur during sudden changes in power input / output by electric equipment connected to the high-voltage side of a power conversion device such as an AC-DC converter or a DC-DC converter. It is disclosed in Document 1.
特許文献1に開示された電源装置では、低圧側の直流電源の正極からみて電気機器に対して順方向に接続されたダイードを含む。高圧側の電圧が低下して低圧側の電圧未満に至るときに、このダイードを通して低圧側から高圧側に電力が供給される。このため、高圧側の電圧が低圧側の電圧未満に低下することが抑制される。 The power supply device disclosed in Patent Document 1 includes a diode connected in a forward direction with respect to an electrical device as viewed from the positive electrode of the low-voltage DC power supply. When the voltage on the high-voltage side decreases and becomes less than the voltage on the low-voltage side, power is supplied from the low-voltage side to the high-voltage side through this diode. For this reason, it is suppressed that the voltage of the high voltage side falls below the voltage of the low voltage side.
電力変換装置の低圧側の電圧に異常が発生すると、電力変換装置の動作が不安定になる場合や、高圧側に接続された電気機器の動作が不安定になる場合がある。 If an abnormality occurs in the voltage on the low voltage side of the power conversion device, the operation of the power conversion device may become unstable, or the operation of the electrical equipment connected to the high voltage side may become unstable.
本発明の目的は、過電圧が入力されたときに電力変換装置の動作が不安定になることに起因する不具合の発生を抑制することができる作業機械を提供することである。本発明の他の目的は、低圧側の電圧に異常が発生した場合に、不安定な状態で動作することを抑制することができる電力変換装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the working machine which can suppress generation | occurrence | production of the malfunction resulting from the operation | movement of a power converter device becoming unstable when an overvoltage is input. Another object of the present invention is to provide a power conversion device that can suppress operation in an unstable state when an abnormality occurs in the low-voltage side voltage.
本発明の一観点によると、
作動部と、
前記作動部を駆動する電動アクチュエータと、
電源から入力される電力を変換して、前記電動アクチュエータに電力を供給する電力変換装置と、
前記電源から前記電力変換装置に過電圧が入力されたことを検出すると、過電圧検出時の処理を実行する検出部と
を有する作業機械が提供される。
According to one aspect of the invention,
An operating part;
An electric actuator for driving the operating unit;
A power conversion device that converts power input from a power source and supplies power to the electric actuator;
When it is detected that an overvoltage is input from the power source to the power converter, a work machine is provided that includes a detection unit that executes a process when an overvoltage is detected.
本発明の他の観点によると、
低圧側端子の電圧を昇圧して高圧側端子に電力を出力するチョッパ回路と、
前記低圧側端子に前記高圧側端子の電圧より高い過電圧が印加されたときに、前記過電圧が印加された状態を検出し、前記低圧側端子から前記高圧側端子に流れる異常電流を遮断する遮断手段と
を有する電力変換装置が提供される。
According to another aspect of the invention,
A chopper circuit that boosts the voltage of the low-voltage side terminal and outputs power to the high-voltage side terminal;
When the overvoltage higher than the voltage of the high-voltage side terminal is applied to the low-voltage side terminal, the blocking means detects the state where the overvoltage is applied and blocks the abnormal current flowing from the low-voltage side terminal to the high-voltage side terminal Is provided.
過電圧が入力されたことを検出して過電圧検出時の処理を実行することにより、不具合の発生を抑制することが可能になる。過電圧が発生したときの異常電流を遮断することにより、電力変換装置が不安定な状態で動作を継続することを回避することができる。 By detecting that the overvoltage has been input and executing the process at the time of detecting the overvoltage, it is possible to suppress the occurrence of a problem. By interrupting the abnormal current when the overvoltage occurs, it is possible to avoid the operation of the power conversion device in an unstable state.
図1A〜図4を参照して、実施例による電力変換装置を用いたクレーンシステムについて説明する。 With reference to FIG. 1A-FIG. 4, the crane system using the power converter device by an Example is demonstrated.
図1A及び図1Bは、それぞれ実施例によるクレーンシステムの概略正面図及び概略側面図である。複数の柱13が桁14を支えている。柱13と桁14とによって門型フレームが構成される。柱13の下端に車輪17が取り付けられており、門型フレームがレール18に沿って走行する。図1Aの紙面に垂直な方向及び図1Bの左右方向が走行方向に相当する。桁14にトロリー15が搭載されている。トロリー15に巻き上げ機16が搭載されている。
1A and 1B are a schematic front view and a schematic side view, respectively, of a crane system according to an embodiment. A plurality of
複数の電動アクチュエータがそれぞれの作動部を駆動する。例えば、門型フレームに搭載された走行用モータ67が車輪17を駆動する。トロリー15に搭載された横行用モータ66が、トロリー15を横行方向に移動させる。図1Aの左右方向及び図1Bの紙面に垂直な方向が横行方向に相当する。巻き上げ機16に搭載された巻上げモータ65が、先端にフック等の吊り下げ具16Aが取り付けられたワイヤを巻上げ及び繰り出す。このように、巻上げモータ65、横行用モータ66、及び走行用モータ67等の電動アクチュエータが、それぞれ吊り下げ具16A、トロリー15、車輪17等の作動部を駆動する。
A plurality of electric actuators drive each operating part. For example, the traveling
門型フレームに、交流電源10、電力変換装置20、蓄電装置30、及びDC−DCコンバータ32が搭載されている。交流電源10は、エンジン11と発電機12とを含む。交流電源10は、巻上げモータ65、横行用モータ66、及び走行用モータ67に駆動用の電力を供給する。さらに、交流電源10から供給される電力によって蓄電装置30が充電される。
An
図2Aは、クレーンシステムの電力系統図である。交流電源10が電力変換装置20を介して直流母線50に接続されている。電力変換装置20は、交流電源10から供給される交流電力を目標とする電圧の直流電力に変換して直流母線50に供給する。直流母線50の正側母線50Pと負側母線50Nとの間に平滑コンデンサ52が接続されている。
FIG. 2A is a power system diagram of the crane system.
蓄電装置30がDC−DCコンバータ32を介して直流母線50に接続されている。DC−DCコンバータ32は、蓄電装置30の充放電を制御する。蓄電装置30の放電時には、DC−DCコンバータ32は蓄電装置30の出力電圧を昇圧して蓄電装置30から直流母線50に直流電力を供給する。蓄電装置30の充電時には、DC−DCコンバータ32は直流母線50の電圧を降圧して直流母線50から蓄電装置30に直流電力を供給する。
The
図2Aに示したクレーンシステムがガントリークレーンシステムである場合、巻上げモータ65、横行用モータ66、及び走行用モータ67が、それぞれインバータ61、62、63を介して直流母線50に接続されている。巻上げモータ65は、搬送対象物を吊り上げて垂直方向に移動させる。横行用モータ66及び走行用モータ67は、搬送対象物を垂直方向と交差する水平方向に移動させる移動モータとして機能する。図2Aに示したクレーンシステムが旋回型クレーンシステムである場合には、移動モータとして、ブームの起伏用モータ及び旋回用モータが用いられる。
When the crane system shown in FIG. 2A is a gantry crane system, a hoisting
コントローラ70が、電力変換装置20、DC−DCコンバータ32、インバータ61、62、63を制御することにより、直流母線50から巻上げモータ65、横行用モータ66、及び走行用モータ67に電力を供給する。コントローラ70は、直流母線50の電圧を予め設定された目標値に維持するように電力変換装置20及びDC−DCコンバータ32を制御する。巻上げモータ65が巻下げ動作をするときには、コントローラ70がインバータ61を制御して、巻上げモータ65で発生した回生電力を直流母線50に供給する。この回生電力により蓄電装置30を充電することができる。
The
図2Bは、交流電源10及び電力変換装置20の概略図である。交流電源10は、内燃機関等のエンジン11及び発電機12を含む。エンジン11が発電機12を駆動することにより発電された交流電力が電力変換装置20に供給される。
FIG. 2B is a schematic diagram of the
電力変換装置20は、三相全波整流器21及びDC−DCコンバータ22を含む。三相全波整流器21は、発電機12で発電された三相交流電力を直流電力に変換してDC−DCコンバータ22に供給する。DC−DCコンバータ22は、入力された直流電力を昇圧して直流母線50に供給する。なお、エンジン11及び発電機12に代えて商用電源を用いてもよい。
The
図3は、DC−DCコンバータ22の等価回路図である。DC−DCコンバータ32(図2A)の構成は、図3に示したDC−DCコンバータ22の構成と同一であるため、DC−DCコンバータ32の構成についての説明は省略する。
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the DC-
三相全波整流器21(図2B)に接続される一次側端子対の負側端子222、及び直流母線50に接続される二次側端子対の負側端子224が共に接地されている。一次側端子対の正側端子を低圧側端子221といい、二次側端子対の正側端子を高圧側端子223ということとする。なお、DC−DCコンバータ32(図2A)の一次側端子対には、蓄電装置30(図2A)が接続される。
The
低圧側端子221がリレー225を介してチョッパ回路230に接続されている。リレー225に対して並列に、他のリレー226と充電抵抗227との直列回路が接続されている。チョッパ回路230は、低圧側端子221の電圧を昇圧して高圧側端子223に電力を出力する機能を有する。チョッパ回路230は、リアクトル231、上側スイッチング素子232、及び下側スイッチング素子233を含む。
The low
リアクトル231の一方の端子がリレー225を介して低圧側端子221に接続されている。リアクトル231の他方の端子は、上側スイッチング素子232を介して高圧側端子223に接続されるとともに、下側スイッチング素子233を介して接地されている。上側スイッチング素子232及び下側スイッチング素子233には、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)が用いられる。上側スイッチング素子232にフリーホイールダイオード234が接続され、下側スイッチング素子233にフリーホイールダイオード235が接続されている。
One terminal of the
リレー225とチョッパ回路230との接続箇所と高圧側端子223との間に、リレー225とチョッパ回路230との接続箇所から高圧側端子223に向かう方向を順方向とする極性で上側保護ダイオード241が接続されている。上側保護ダイオード241は、低圧側端子221から高圧側端子223に、チョッパ回路230を迂回して電流を流す迂回路を構成する。リレー225とチョッパ回路230との接続箇所と接地との間に、接地からリレー225とチョッパ回路230との接続箇所に向かう方向を順方向とする極性で下側保護ダイオード242が接続されている。
Between the connection point between the
上側保護ダイオード241によって構成されたチョッパ回路230の迂回路を流れる電流を、電流センサ250が測定する。電流センサ250による電流の測定値がコントローラ70に入力される。コントローラ70は、リレー225とリレー226とのオンオフ制御、及び上側スイッチング素子232と下側スイッチング素子233とのオンオフ制御を行う。
The
次に、図3に示したDC−DCコンバータ22の動作について説明する。低圧側端子221に直流の電源電圧が印加されており、平滑コンデンサ52にはエネルギが蓄積されていない初期状態において、コントローラ70がリレー226をオンにする。低圧側端子221から充電抵抗227、上側保護ダイオード241を介して直流母線50に電流が流れ、平滑コンデンサ52が充電される。充電抵抗227はリレー226をオンにしたときの突入電流の発生を抑制する。平滑コンデンサ52が充電されることによって高圧側端子223の電圧が上昇し、低圧側端子221の電圧に近づくと、コントローラ70はリレー225をオンにし、リレー226をオフにする。これにより、充電抵抗227を介することなく低圧側端子221から高圧側端子223に電流を流すことができる状態が得られる。
Next, the operation of the DC-
次に、昇圧動作について説明する。昇圧動作時には、コントローラ70が下側スイッチング素子233にパルス幅変調信号を入力することにより、下側スイッチング素子233を周期的にオンオフさせる。下側スイッチング素子233をオフに切り替えたときに、低圧側端子221の電圧がリアクトル231に発生する誘導起電力に相当する電圧分だけ昇圧され、フリーホイールダイオード234を介して高圧側端子223に電力が出力される。
Next, the boosting operation will be described. During the step-up operation, the
次に、降圧動作について説明する。降圧動作時には、コントローラ70が上側スイッチング素子232にパルス幅変調信号を入力することにより、上側スイッチング素子232を周期的にオンオフさせる。高圧側端子223の電圧から上側スイッチング素子232がオンになる割合(デューティ比)に依存する電圧分だけ降圧されて低圧側端子221に電力が出力される。上側スイッチング素子232をオフに切り替えたときは、リアクトル231に発生する誘導起電力により接地からフリーホイールダイオード235を介して低圧側端子221に電流が流れる。
Next, the step-down operation will be described. During the step-down operation, the
次に、上側保護ダイオード241の機能について説明する。降圧動作中にはリアクトル231に低圧側端子221に向かう電流が流れている。リレー225が何らかの要因で遮断されると、リアクトル231に発生する誘導起電力により、リアクトル231、上側保護ダイオード241、平滑コンデンサ52、フリーホイールダイオード235からなる閉じた電流経路に電流が流れる。この電流により、リアクトル231に残留するエネルギが放出される。このように、上側保護ダイオード241は、降圧動作時にリレー225が何らかの要因で遮断されたときにリアクトル231の残留エネルギを放出させるための電流を流す機能を持つ。
Next, the function of the
次に、下側保護ダイオード242の機能について説明する。昇圧動作中にはリアクトル231に低圧側端子221からリアクトル231に流入する方向の電流が流れている。リレー225が何らかの要因で遮断されると、リアクトル231に発生する誘導起電力により、リアクトル231、フリーホイールダイオード234、平滑コンデンサ52、下側保護ダイオード242からなる閉じた電流経路に電流が流れる。この電流により、リアクトル231に残留するエネルギが放出される。このように、下側保護ダイオード242は、昇圧動作時にリレー225が何らかの要因で遮断されたときにリアクトル231の残留エネルギを放出させるための電流を流す機能を持つ。
Next, the function of the
次に、低圧側端子221に高圧側端子223の電圧より高い過電圧が印加されたときの動作について説明する。本実施例においては、DC−DCコンバータ22の低圧側端子221に、三相全波整流器21を介して発電機12(図2B)が接続されている。発電機12を駆動するエンジン11の回転数の変動に起因して低圧側端子221に印加される電圧が不安定になり、過電圧が印加される場合がある。なお、DC−DCコンバータ22の低圧側端子221が、三相全波整流器21(図2B)を介して商用電源に接続されている場合にも、商用電源の異常により過電圧が印加される場合がある。
Next, an operation when an overvoltage higher than the voltage of the high
低圧側端子221に過電圧が印加されると、低圧側端子221から上側保護ダイオード241を経由して高圧側端子223に異常電流が流れる。
When an overvoltage is applied to the low
図4は、低圧側端子221に過電圧が印加されたときに上側保護ダイオード241に流れる異常電流の一例を示すグラフである。横軸は経過時間を表し、縦軸は上側保護ダイオード241を流れる電流の大きさを表す。
FIG. 4 is a graph showing an example of an abnormal current that flows through the
DC−DCコンバータ22が通常動作しているときには、電流センサ250が挿入されている迂回路には電流が流れない。ここで「通常動作」とは、低圧側端子221の電圧が高圧側端子223の電圧より低い状態での昇降圧動作を意味する。
When the DC-
低圧側端子221(図3)に過電圧が印加されて、低圧側端子221の電圧が高圧側端子223の電圧を超えると、上側保護ダイオード241に異常電流が流れ始める(時刻t1)。このとき、直流母線50の電圧を目標値に維持することができなくなる場合がある。コントローラ70(図3)は、電流センサ250(図3)による電流の測定値と、許容上限値I0とを比較する。電流の測定値が許容上限値I0を超えると、コントローラ70はリレー225をオフにすることにより、異常電流を遮断する。さらに、チョッパ回路230(図3)の動作を停止させる。電流センサ250及びコントローラ70は、電力変換装置に過電圧が入力されたことを検出する検出部としての機能を有する。
When an overvoltage is applied to the low voltage side terminal 221 (FIG. 3) and the voltage of the low
このとき、コントローラ70は、DC−DCコンバータ32の動作も停止させる。なお、コントローラ70は、DC−DCコンバータ32の動作を継続させ、蓄電装置30からの放電を行わせてもよい。このとき、少なくともオペレータ用のキャビン内のエアコン、照明機器等の補機に蓄電装置30から電力を供給し続けることが好ましい。
At this time, the
次に、本実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、電流センサ250、コントローラ70、及びリレー225(図3)が、低圧側端子221(図3)に過電圧が印加された状態を検出し、低圧側端子221から高圧側端子223に流れる異常電流を遮断する遮断手段としての機能を有する。低圧側端子221に過電圧が印加されて異常電流が流れると、異常電流が流れる経路の部品や、過電圧が印加される部品が故障する場合がある。本実施例では、過電圧による異常電流を早期に検出し、リレー225をオフにするため、過電圧や異常電流に起因する部品の故障を防止することができる。また、リレー225をオフにし、チョッパ回路230の動作を停止させることにより、不安定な状態でDC−DCコンバータ22が動作を継続することを回避することができる。
Next, the excellent effect of the present embodiment will be described.
In this embodiment, the
DC−DCコンバータ22の動作を停止させたときに、DC−DCコンバータ32の動作は停止させない場合には、蓄電装置30の電力によって巻上げモータ65等を継続して動作させることができる。
If the operation of the DC-
DC−DCコンバータ22の通常動作時には電流が流れない迂回路で異常電流を検出するため、通常動作中に低圧側端子221から高圧側端子223に向かって流れる電流の変動の影響を受けることなく、異常電流を検出することができる。このため、高精度に、かつ早期に異常電流を検出することができる。
Since an abnormal current is detected by a detour that does not flow current during normal operation of the DC-
例えば、複数のセンサで測定された種々の物理量に基づいて過電圧が印加されたか否かを判定する場合には、複数のセンサのそれぞれの測定精度のばらつき等を考慮して、誤検出を無くすために判定レベルにある程度のマージンを設けておくことが好ましい。本実施例では、異常電流を1つの電流センサ250のみで測定するため、複数のセンサの測定精度のばらつきを考慮する必要がない。このため、過電圧状態か否かの判定レベルのマージンを小さくすることができる。これにより、早期にかつ高精度に、過電圧状態を検出することができる。
For example, when determining whether or not an overvoltage is applied based on various physical quantities measured by a plurality of sensors, in order to eliminate erroneous detection in consideration of variations in measurement accuracy of each of the plurality of sensors. It is preferable to provide a certain margin for the determination level. In this embodiment, since the abnormal current is measured by only one
次に、図5及び図6を参照して他の実施例について説明する。以下、図2A〜図4に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。 Next, another embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, description of the configuration common to the embodiment shown in FIGS. 2A to 4 will be omitted.
図5は、本実施例による電力変換装置に用いられるDC−DCコンバータ22の等価回路図である。本実施例では、電流センサ250(図3)に代えて、DC−DCコンバータ22の通常動作時にも電流が流れる箇所に電流センサ251が挿入されている。例えば、リレー225とチョッパ回路230との間に電流センサ251が接続されている。電流センサ251は、DC−DCコンバータ22の通常動作時に流れる電流と、過電圧に起因する異常電流との合計値を測定する。
FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of the DC-
電流センサ251による電流の測定値がコントローラ70に入力される。コントローラ70は電流の測定値に基づいて過電圧が印加されたか否かを判定する。過電圧が印加されたと判定した場合には、リレー225をオフにすることにより、異常電流を遮断する。さらに、チョッパ回路230の動作を停止させる。
A measured value of current from the
図6は、電流センサ251(図5)による電流の測定値の一例を示すグラフである。横軸は経過時間を表し、縦軸は電流の大きさを表す。DC−DCコンバータ22が通常動作しているときは、電流センサ251は通常動作時に流れる電流Inを測定する。時刻t1の時点から過電圧に起因する異常電流Iaが流れ始めると、電流センサ251による電流の測定値は、通常動作時の電流Inと異常電流Iaとの和に等しくなる。
FIG. 6 is a graph showing an example of a current measured value by the current sensor 251 (FIG. 5). The horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents the magnitude of current. When the DC-
コントローラ70は、電流センサ251による電流の測定値と、許容上限値I1とを比較し、電流の測定値が許容上限値I1を超えたら、リレー225を遮断する。DC−DCコンバータ22の通常動作時に流れる電流Inは、上側スイッチング素子232及び下側スイッチング素子233のスイッチングによるリップルを含む。さらに、上側スイッチング素子232及び下側スイッチング素子233のオンオフ制御の周波数やデューティ比に依存して、通常動作時の電流Inが変動する。コントローラ70(図5)は、上側スイッチング素子232及び下側スイッチング素子233の制御条件に応じて電流の許容上限値I1を決定する。
The
次に、図5及び図6に示した実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、電流センサ251、コントローラ70、及びリレー225(図5)が、低圧側端子221に過電圧が印加された状態を検出し、低圧側端子221から高圧側端子223に流れる異常電流を遮断する遮断手段としての機能を有する。本実施例においても、過電圧に起因する異常電流を検出してリレー225を遮断することにより、過電圧や異常電流による部品の故障を防止することができる。また、本実施例では、過電圧を検出するための電流センサ251を、DC−DCコンバータ22の通常動作時に流れる電流を測定する電流センサと兼用することができる。
Next, the excellent effect of the embodiment shown in FIGS. 5 and 6 will be described.
In this embodiment, the
次に、図7及び図8を参照して、さらに他の実施例について説明する。以下、図2A〜図4に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。 Next, still another embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, description of the configuration common to the embodiment shown in FIGS. 2A to 4 will be omitted.
図7は、本実施例による電力変換装置に用いられるDC−DCコンバータ22の等価回路図である。本実施例では、電流センサ250(図3)に代えて、低圧側電圧センサ252及び高圧側電圧センサ253が用いられる。低圧側電圧センサ252は、接地と低圧側端子221との間の電圧を測定し、高圧側電圧センサ253は、接地と高圧側端子223との間の電圧を測定する。
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the DC-
コントローラ70が、低圧側電圧センサ252及び高圧側電圧センサ253で測定された電圧の測定値に基づき、過電圧の発生を検出し、過電圧が発生していると判定した場合にはリレー225をオフにする。
The
図8は、低圧側電圧センサ252(図7)による電圧の測定値VLと、高圧側電圧センサ253(図7)による電圧の測定値VHとの時間変化の一例を示すグラフである。横軸は経過時間を表し、縦軸は電圧の大きさを表す。 FIG. 8 is a graph showing an example of a time change between the measured voltage value VL of the low voltage side voltage sensor 252 (FIG. 7) and the measured voltage value VH of the high voltage side voltage sensor 253 (FIG. 7). The horizontal axis represents elapsed time, and the vertical axis represents voltage magnitude.
DC−DCコンバータ22の通常動作時には、低圧側電圧センサ252による電圧の測定値VLが高圧側電圧センサ253による電圧の測定値VHより低い。低圧側端子221(図7)に過電圧が印加されると(時刻t1)、低圧側電圧センサ252による電圧の測定値VLが上昇し始め、高圧側電圧センサ253による電圧の測定値VHを超える。
During normal operation of the DC-
コントローラ70は、電圧の測定値VLとVHとを比較した結果、低圧側端子221に過電圧が印加されていると判定した場合に、リレー225(図7)をオフにする。例えば、測定値VLとVHとの差または比を算出し、算出結果が許容値を外れている場合に、低圧側端子221に過電圧が印加されたと判定すればよい。
As a result of comparing the measured voltage values VL and VH, the
例えば、コントローラ70は、測定値VHからマージンVMを減算した値を測定値VLが超えたら、低圧側端子221に過電圧が印加されたと判定する。マージンVMは、低圧側電圧センサ252と高圧側電圧センサ253との測定誤差のばらつきによる過電圧検出遅れを回避するために設けられている。
For example, when the measured value VL exceeds the value obtained by subtracting the margin VM from the measured value VH, the
次に、図7及び図8に示した実施例の優れた効果について説明する。
本実施例では、低圧側電圧センサ252、高圧側電圧センサ253、コントローラ70、及びリレー225が、低圧側端子221に過電圧が印加された状態を検出し、低圧側端子221から高圧側端子223に流れる異常電流を遮断する遮断手段としての機能を有する。本実施例においても、過電圧に起因する異常電流を検出してリレー225を遮断することにより、過電圧や異常電流による部品の故障を防止することができる。本実施例では、過電圧を検出するための低圧側電圧センサ252及び高圧側電圧センサ253を、それぞれ低圧側端子221の電圧を測定する電圧センサ及び高圧側端子223の電圧を測定する電圧センサと兼用することができる。
Next, the excellent effect of the embodiment shown in FIGS. 7 and 8 will be described.
In this embodiment, the low voltage
次に、図9A及び図9Bを参照してさらに他の実施例による電力変換装置について説明する。以下、図2A〜図4に示した実施例と共通の構成については説明を省略する。図2A〜図4に示した実施例では、電力変換装置20を、三相全波整流器21とDC−DCコンバータ22(図2B)とで構成したが、本実施例では、電力変換装置20としてAC−DCコンバータが用いられる。
Next, a power converter according to another embodiment will be described with reference to FIGS. 9A and 9B. Hereinafter, description of the configuration common to the embodiment shown in FIGS. 2A to 4 will be omitted. In the embodiment shown in FIGS. 2A to 4, the
図9Aは、本実施例によるAC−DCコンバータの等価回路図である。AC−DCコンバータの一次側端子郡が、低圧側端子221U、221V、及び221Wを含み、二次側端子対が高圧側端子223及び負側端子224を含む。低圧側端子221U、221V、及び221Wが、それぞれ交流電源のU相、V相、及びW相に接続される。高圧側端子223及び負側端子224が、それぞれ直流母線50の正側母線50P及び負側母線50Nに接続される。
FIG. 9A is an equivalent circuit diagram of the AC-DC converter according to the present embodiment. The primary terminal group of the AC-DC converter includes low
チョッパ回路90が、U相用のリアクトル91U、上側スイッチング素子92U、及び下側スイッチング素子93Uを含む。上側スイッチング素子92U及び下側スイッチング素子93Uに、それぞれフリーホイールダイオード94U及び95Uが接続されている。リアクトル91U、上側スイッチング素子92U、下側スイッチング素子93U、及びフリーホイールダイオード94U、95Uの接続構成は、DC−DCコンバータ22(図3)のリアクトル231、上側スイッチング素子232、下側スイッチング素子233、フリーホイールダイオード234、235の接続構成と同一である。V相及びW相についても、同様にリアクトル、上側スイッチング素子、下側スイッチング素子、及びフリーホイールダイオードが設けられている。
The
U相用の低圧側端子221UがU相用のリレー回路80Uを介してU相用のリアクトル91Uに接続されている。リレー回路80Uとリアクトル91Uとの接続箇所と高圧側端子223との間に、リレー回路80Uとリアクトル91Uとの接続箇所から高圧側端子223に向かう方向を順方向とする極性でU相用の上側保護ダイオード81Uが接続されている。リレー回路80Uとリアクトル91Uとの接続箇所と負側端子224との間に、負側端子224からリレー回路80Uとリアクトル91Uとの接続箇所に向かう方向が順方向となる極性でU相用の下側保護ダイオード82Uが接続されている。上側保護ダイオード81U及び下側保護ダイオード82Uは、それぞれDC−DCコンバータ22(図3)の上側保護ダイオード241及び下側保護ダイオード242に相当する。V相及びW相についても同様に、リレー回路、上側保護ダイオード、及び下側保護ダイオードが設けられている。
A U-phase low-
図9Bは、リレー回路80Uの等価回路図である。リレー回路80Uは、リレー84U、85U、及び充電抵抗86Uを含む。リレー84U、85U、及び充電抵抗86Uの接続構成は、図3に支援した実施例のリレー225、226、及び充電抵抗227の接続構成と同一である。V相用及びW相用のリレー回路も、U相用のリレー回路80Uの構成と同一である。
FIG. 9B is an equivalent circuit diagram of the
U相用の上側保護ダイオード81U、V相用の上側保護ダイオード、及びW相用の上側保護ダイオードは、それぞれチョッパ回路90を迂回して低圧側端子221U、221V、及び221Wから高圧側端子223に電流を流す迂回路を構成している。U相、V相、及びW相の迂回路が合流した箇所を流れる電流を電流センサ83が測定する。コントローラ70は、電流センサ83による電流の測定値に基づいて、低圧側端子221U、221V、221Wのいずれかに過電圧が印加されているか否かを判定する。過電圧が印加されていると判定した場合には、U相用のリレー回路80U、V相用及びW相用のリレー回路を遮断する。
The U-phase upper protection diode 81U, the V-phase upper protection diode, and the W-phase upper protection diode bypass the
次に、図9A及び図9Bに示した実施例の優れた効果について説明する。本実施例においては、電流センサ83、コントローラ70、U相用のリレー回路80U、V相用及びW相用のリレー回路が、低圧側端子221U、221V、221Wに過電圧が印加された状態を検出し、低圧側端子221U、221V、221Wから高圧側端子223に流れる異常電流を遮断する遮断手段としての機能を有する。本実施例においても、過電圧に起因する異常電流を検出してリレー回路80U等を遮断することにより、過電圧や異常電流による部品の故障を防止することができる。
Next, the excellent effect of the embodiment shown in FIGS. 9A and 9B will be described. In this embodiment, the
図1〜図8では、実施例による電力変換装置をクレーンに適用した例を示したが、実施例による電力変換装置は、その他の作業機械、例えばショベルに適用することも可能である。
次に、図10A及び図10Bを参照してさらに他の実施例による電力変換装置を用いたショベルについて説明する。
Although the example which applied the power converter device by an Example to the crane was shown in FIGS. 1-8, the power converter device by an Example can also be applied to another working machine, for example, an excavator.
Next, with reference to FIG. 10A and 10B, the shovel using the power converter device by another Example is demonstrated.
図10Aは、本実施例による電力変換装置を用いたショベルの側面図である。下部走行体100に対して旋回可能に上部旋回体101が搭載されている。上部旋回体101にアタッチメント110が取り付けられている。アタッチメント110は、上部旋回体101に取り付けられたブーム112、ブーム112の先端に取り付けられたアーム113、及びアーム113の先端に取り付けられたバケット114を含む。ブームシリンダ115がブーム112を起伏させる。アームシリンダ116がアーム113を開閉させる。バケットシリンダ117がバケットを開閉させる。
FIG. 10A is a side view of an excavator using the power conversion device according to the present embodiment. An
図10Bは、ショベルの油圧駆動系及び電気駆動系のブロック図である。エンジン120、電動発電機122、及び油圧ポンプ123がトルクコンバータ121を介して相互に接続されている。油圧ポンプ123から油圧負荷124に動力が供給される。油圧負荷124には、例えば、ブームシリンダ115、アームシリンダ116、バケットシリンダ117(図10A)、及び下部走行体100のクローラを駆動する油圧モータ等が含まれる。
FIG. 10B is a block diagram of a hydraulic drive system and an electric drive system of the excavator. The
電動発電機122で発電された電力が電力変換装置130を介して直流母線131に供給される。直流母線131に平滑コンデンサ132が接続されている。電力変換装置130には、例えば図9に示した実施例による電力変換装置等の双方向インバータが用いられる。
The electric power generated by the
直流母線131にDC−DCコンバータ136を介して蓄電装置135が接続されている。さらに、直流母線131にインバータ141を介して旋回モータ140が接続されている。DC−DCコンバータ136の構成は、図2Aに示した実施例のDC−DCコンバータ32の構成と同一である。
A
電動発電機122は、アシスト運転と発電運転との両方を行うことができる。電動発電機122が発電運転されるときは、エンジン120からトルクコンバータ121を介して電動発電機122に動力が伝達される。電動発電機122がアシスト運転されるときは、蓄電装置135からDC−DCコンバータ136、直流母線131、電力変換装置130を介して電動発電機122に電力が供給される。電動発電機122が動力を発生することに予知、エンジン120をアシストする。
The
インバータ141は、直流母線131から旋回モータ140に電力を供給して旋回モータ140を駆動する。旋回モータ140が回生動作をするときには、旋回モータ140で発生した回生電力を直流母線131に供給する。
The
上記各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Each of the above embodiments is an exemplification, and needless to say, partial replacement or combination of the configurations shown in the different embodiments is possible. About the same effect by the same composition of a plurality of examples, it does not refer to every example one by one. Furthermore, the present invention is not limited to the embodiments described above. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10 交流電源
11 エンジン
12 発電機
13 柱
14 桁
15 トロリー
16 巻き上げ機
16A 吊り下げ具
17 車輪
18 レール
20 電力変換装置
21 三相全波整流器
22 DC−DCコンバータ
30 蓄電装置
32 DC−DCコンバータ
50 直流母線
50P 正側母線
50N 負側母線
52 平滑コンデンサ
61、62、63 インバータ
65 巻上げモータ
66 横行用モータ
67 走行用モータ
70 コントローラ
80U U相用のリレー回路
81U U相用の上側保護ダイオード
82U U相用の下側保護ダイオード
83 電流センサ
84U、85U リレー
86U 充電抵抗
90 チョッパ回路
91U U相用のリアクトル
92U U相用の上側スイッチング素子
93U U相用の下側スイッチング素子
94U、95U フリーホイールダイオード
100 下部走行体
101 上部旋回体
110 アタッチメント
112 ブーム
113 アーム
114 バケット
115 ブームシリンダ
116 アームシリンダ
117 バケットシリンダ
120 エンジン
121 トルクコンバータ
122 電動発電機
123 油圧ポンプ
124 油圧負荷
130 電力変換装置
131 直流母線
132 平滑コンデンサ
135 蓄電装置
136 DC−DCコンバータ
140 旋回モータ
141 インバータ
221 低圧側端子
221U U相用の低圧側端子
221V V相用の低圧側端子
221W W相用の低圧側端子
222 負側端子
223 高圧側端子
224 負側端子
225、226 リレー
227 充電抵抗
230 チョッパ回路
231 リアクトル
232 上側スイッチング素子
233 下側スイッチング素子
234、235 フリーホイールダイオード
241 上側保護ダイオード
242 下側保護ダイオード
250、251 電流センサ
252 低圧側電圧センサ
253 高圧側電圧センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 AC power supply 11 Engine 12 Generator 13 Pillar 14 Digit 15 Trolley 16 Hoisting machine 16A Hanging tool 17 Wheel 18 Rail 20 Power converter 21 Three-phase full wave rectifier 22 DC-DC converter 30 Power storage device 32 DC-DC converter 50 DC Bus 50P Positive side bus 50N Negative side bus 52 Smoothing capacitors 61, 62, 63 Inverter 65 Hoisting motor 66 Traverse motor 67 Traveling motor 70 Controller 80U U phase relay circuit 81U U phase upper protection diode 82U U phase Lower protection diode 83 Current sensor 84U, 85U Relay 86U Charging resistor 90 Chopper circuit 91U U-phase reactor 92U U-phase upper switching element 93U U-phase lower switching element 94U, 95U Freewheel diode 100 Body 101 Upper swing body 110 Attachment 112 Boom 113 Arm 114 Bucket 115 Boom cylinder 116 Arm cylinder 117 Bucket cylinder 120 Engine 121 Torque converter 122 Motor generator 123 Hydraulic pump 124 Hydraulic load 130 Power converter 131 DC bus 132 Smoothing capacitor 135 Power storage device 136 DC-DC converter 140 Swivel motor 141 Inverter 221 Low voltage side terminal 221U Low voltage side terminal 221V for U phase Low voltage side terminal 221W for V phase Low voltage side terminal 222 for W phase Negative side terminal 223 High side terminal 224 Negative side terminal 225, 226 Relay 227 Charging resistor 230 Chopper circuit 231 Reactor 232 Upper switching element 233 Lower switching element 234, 235 Freewheel diode 2 1 upper protective diodes 242 lower protective diodes 250, 251 current sensor 252 low-side voltage sensor 253 high side voltage sensor
Claims (10)
前記作動部を駆動する電動アクチュエータと、
電源から入力される電力を変換して、前記電動アクチュエータに電力を供給する電力変換装置と、
前記電源から前記電力変換装置に過電圧が入力されたことを検出すると、過電圧検出時の処理を実行する検出部と
を有する作業機械。 An operating part;
An electric actuator for driving the operating unit;
A power conversion device that converts power input from a power source and supplies power to the electric actuator;
A work machine comprising: a detection unit that executes processing when an overvoltage is detected when it is detected that an overvoltage is input from the power source to the power conversion device.
前記検出部は、前記電力変換装置へ入力される電流を遮断するとともに、前記蓄電装置から前記電動アクチュエータへの電力の供給を行う処理を実行する請求項2に記載の作業機械。 And a power storage device that supplies power to the electric actuator,
The work machine according to claim 2, wherein the detection unit cuts off a current input to the power conversion device and executes a process of supplying power from the power storage device to the electric actuator.
前記検出部は、前記低圧側端子に前記高圧側端子の電圧より高い過電圧が印加されたときに過電圧が印加されたことを検出し、
前記過電圧検出時の処理は、前記低圧側端子から前記高圧側端子に流れる異常電流を遮断する処理である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の作業機械。 The power converter includes a chopper circuit that boosts the voltage of the low-voltage side terminal and outputs power to the high-voltage side terminal,
The detection unit detects that an overvoltage is applied to the low voltage side terminal when an overvoltage higher than the voltage of the high voltage side terminal is applied,
The work machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the process at the time of detecting the overvoltage is a process of cutting off an abnormal current flowing from the low voltage side terminal to the high voltage side terminal.
前記検出部は、前記低圧側端子に前記過電圧が印加されたときに前記低圧側端子から前記ダイオードを通して前記高圧側端子に流れる前記異常電流を検出する請求項4に記載の作業機械。 The power converter further includes a diode connected to be able to flow current from the low-voltage side terminal to the high-voltage side terminal by bypassing the chopper circuit,
The work machine according to claim 4, wherein the detection unit detects the abnormal current that flows from the low voltage side terminal through the diode to the high voltage side terminal when the overvoltage is applied to the low voltage side terminal.
内燃機関と、
前記内燃機関によって駆動されて発電する発電機と、
前記発電機で発電された交流電力を整流して前記電力変換装置に供給する整流器と
を有する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の作業機械。 further,
An internal combustion engine;
A generator driven by the internal combustion engine to generate electricity;
The work machine according to claim 1, further comprising: a rectifier that rectifies AC power generated by the generator and supplies the AC power to the power converter.
前記低圧側端子に前記高圧側端子の電圧より高い過電圧が印加されたときに、前記過電圧が印加された状態を検出し、前記低圧側端子から前記高圧側端子に流れる異常電流を遮断する遮断手段と
を有する電力変換装置。 A chopper circuit that boosts the voltage of the low-voltage side terminal and outputs power to the high-voltage side terminal;
When the overvoltage higher than the voltage of the high-voltage side terminal is applied to the low-voltage side terminal, the blocking means detects the state where the overvoltage is applied and blocks the abnormal current flowing from the low-voltage side terminal to the high-voltage side terminal And a power conversion device.
前記遮断手段は、前記低圧側端子に前記過電圧が印加されたときに前記低圧側端子から前記ダイオードを通して前記高圧側端子に流れる前記異常電流を検出し、前記異常電流が検出されたら前記異常電流を遮断する請求項7に記載の電力変換装置。 And a diode connected to allow the current to flow around the chopper circuit from the low voltage side terminal to the high voltage side terminal,
The blocking means detects the abnormal current flowing from the low voltage side terminal through the diode to the high voltage side terminal when the overvoltage is applied to the low voltage side terminal, and when the abnormal current is detected, the abnormal current is detected. The power conversion device according to claim 7 which cuts off.
前記チョッパ回路の通常動作時には電流が流れず、前記低圧側端子に前記過電圧が印加されたときに前記異常電流が流れる箇所に挿入された電流センサと、
前記異常電流が流れる経路を遮断するリレーと、
前記電流センサによる電流の測定値に基づいて前記リレーをオフにするコントローラと
を有する請求項8に記載の電力変換装置。 The blocking means is
Current sensor does not flow during normal operation of the chopper circuit, a current sensor inserted at a location where the abnormal current flows when the overvoltage is applied to the low-voltage side terminal,
A relay that cuts off a path through which the abnormal current flows;
The power conversion device according to claim 8, further comprising: a controller that turns off the relay based on a measured value of current by the current sensor.
一方の端子である第1の端子が前記低圧側端子に接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの他方の端子である第2の端子と前記高圧側端子との間に接続された上側スイッチング素子と、
前記リアクトルの前記第2の端子と接地との間に接続された下側スイッチング素子と
を有し、
前記ダイオードは、前記リアクトルの前記第1の端子と前記高圧側端子との間に、前記第1の端子から前記高圧側端子に向かう方向が順方向となるように接続されている請求項8または9に記載の電力変換装置。 The chopper circuit is
A reactor in which a first terminal as one terminal is connected to the low-voltage side terminal;
An upper switching element connected between a second terminal which is the other terminal of the reactor and the high-voltage side terminal;
A lower switching element connected between the second terminal of the reactor and ground,
The diode is connected between the first terminal of the reactor and the high-voltage side terminal so that a direction from the first terminal toward the high-voltage side terminal is a forward direction. 9. The power conversion device according to 9.
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