JP2021035172A - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直結制御を行うと判定した場合であっても、正極側の素子温度が、判定温度を上回っている場合は、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御する昇圧制御を実行し、正極側の素子温度が判定温度以下の場合は、正極側のスイッチング素子をオンにすると共に負極側のスイッチング素子をオフにする直結制御を実行する電力変換装置の制御装置。
【選択図】図1
Description
コンバータは、逆並列接続された正極側のダイオードを有する正極側のスイッチング素子と、逆並列接続された負極側のダイオードを有する負極側のスイッチング素子と、リアクトルと、正極側のスイッチング素子及び正極側のダイオードの一方又は双方の温度を検出する温度センサと、を有し、
出力端子の正極側と負極側との間に正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とが直列接続され、
正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子との接続点が、リアクトルを介して入力端子の正極側にされ、
出力端子の負極側と入力端子の負極側とが接続され、
電力変換装置の制御装置は、出力端子の電圧を入力端子の電圧よりも高くする昇圧制御を行う場合は、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御し、
入力端子と出力端子とを直結状態にする直結制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング制御をオンにすると共に前記負極側のスイッチング素子をオフにし、
入力端子と出力端子とを直結状態にする直結制御を行うと判定した場合であっても、温度センサにより検出した温度が判定温度を上回っている場合は、昇圧制御を実行し、温度が判定温度以下の場合は、直結制御を実行する電力変換装置の制御装置である。
実施の形態1に係る電力変換装置1の制御装置5(以下、単に、制御装置5と称す)について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態に係る電力変換装置1及び制御装置5の構成図である。
制御装置5は、入力端子11、12から入力した直流電流を昇圧して出力端子13、14から出力するコンバータ3を制御する。コンバータ3は、逆並列接続された正極側のダイオードD1を有する正極側のスイッチング素子S1と、逆並列接続された負極側のダイオードD2を有する負極側のスイッチング素子S2と、リアクトル8とを有する。
制御装置5は、コンバータ制御手段53、温度検知手段52、電圧指令設定手段51、及びインバータ制御手段54を備えている。
コンバータ制御手段53は、正極側のスイッチング素子S1及び負極側のスイッチング素子S2をオン又はオフに制御する。コンバータ制御手段53は、コンバータ3が電力を伝送する場合は、電圧指令設定手段51の指令に従って、昇圧制御又は直結制御を切り替えて、実行する。
図4に示すように、コンバータ制御手段53は、昇圧制御を実施する場合は、正極側のスイッチング素子S1と負極側のスイッチング素子S2をオンオフ周期で交互にオンオフする。本実施の形態では、コンバータ制御手段53は、出力端子13、14から出力される出力電圧が目標電圧に近づくように、スイッチング素子のオンオフ信号のデューティを変化させる。出力電圧は、不図示の電圧センサにより検出される。目標電圧は、入力端子11、12に入力される入力電圧よりも高く設定される。正極側のスイッチング素子S1がオンされている期間は、負極側のスイッチング素子S2がオフされ、正極側のスイッチング素子S1がオフされている期間は、負極側のスイッチング素子S2がオンされる。基本的に、正極側のスイッチング素子S1のオンデューティは、負極側のスイッチング素子S2のオフデューティになる。
図4に示すように、コンバータ制御手段53は、直結制御を実施する場合、正極側のスイッチング素子S1をオンにすると共に、負極側のスイッチング素子S2をオフにする。この場合、オンにされた正極側のスイッチング素子S1及び正極側のダイオードD1によって、コンバータの正極側入力端子11と正極側出力端子13の間には、リアクトル8を介して双方向に電流が流れることが出来、コンバータ3の入力端子と出力端子がほぼ直結状態となる。
温度検知手段52は、正極側の温度センサ17の出力信号に基づいて、正極側のスイッチング素子S1及び正極側のダイオードD1の双方の温度Ts1(以下、素子温度Ts1と称す)を検出する。
<過熱状態の抑制>
直結制御中に、コンバータ3の正極側入力端子11と正極側出力端子13の間を電流が流れるとき、正極側のスイッチング素子S1または正極側のダイオードD1を継続的に電流が通過することとなる。よって、大電流の通過の集中に伴って正極側のスイッチング素子S1または正極側のダイオードD1の温度が上昇し過熱状態となる場合がある。
本実施の形態では、電圧指令設定手段51は、温度以外の条件に基づいて昇圧制御及び前記直結制御のいずれを実行するかが決定された基本制御指令を受け取る。本実施の形態では、電圧指令設定手段51は、インバータ制御手段54から基本制御指令を受け取り、他の制御で使用できるように処理する。本実施の形態に係る基本制御指令の処理方法の詳細については、後述する。
本実施の形態では、インバータ制御手段54が、基本制御指令を設定し、電圧指令設定手段51に伝達する。インバータ制御手段54は、インバータ4のスイッチング素子S3からS8をオンオフ制御することにより交流回転電機2を制御する。インバータ制御手段54は、公知のベクトル制御方法等を用いて制御するが、その詳細については説明を省略する。インバータ制御手段54は、回転センサ24の出力信号に基づいて、交流回転電機2の回転速度を検出する。
図6は、素子温度に応じた制御装置5によるコンバータの動作挙動の例を説明するタイムチャートである。素子温度がT1以下からT1を上回った場合の、制御装置5によるコンバータ3の動作状態を説明している。
図7は、交流回転電機2の回転速度に応じた制御装置5によるコンバータの動作挙動の例を説明するタイムチャートである。回転速度が、判定速度N1以下から判定速度N1を上回った場合の、制御装置5によるコンバータ3の動作状態を説明している。
インバータ制御手段54は、コンバータ3の電力伝送を停止すると判定した場合は、通常、正極側のスイッチング素子S1をオフにすると共に負極側のスイッチング素子S2をオフにするゲート遮断制御を行う。
ゲート遮断制御で、正極側のスイッチング素子S1と負極側のスイッチング素子S2をともにオフした場合でも、正極側のスイッチング素子S1に逆並列接続された正極側のダイオードD1を介して直流電源10からの直流電流がコンバータ3の正極側出力端子13を介してインバータ4の正極側入力端子15に伝達される場合がある。よって、正極側のダイオードD1を継続的に電流が通過することとなる。この時、大電流の集中に伴って正極側のダイオードD1の温度が上昇し過熱状態となる場合がある。
そこで、図8に示すように、インバータ制御手段54は、コンバータ3を遮断するゲート遮断を行うと判定した場合であっても、素子温度Ts1が、判定温度T1を上回っている場合は、正極側のスイッチング素子S1及び負極側のスイッチング素子S2を遮断用のオンオフ周期でオンオフ制御する遮断用オンオフ制御を実行する。遮断用オンオフ制御において、正極側のスイッチング素子S1がオンされている期間は、負極側のスイッチング素子S2がオフされ、正極側のスイッチング素子S1がオフされている期間は、負極側のスイッチング素子S2がオンされる。
本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
コンバータは、逆並列接続された正極側のダイオードを有する正極側のスイッチング素子と、逆並列接続された負極側のダイオードを有する負極側のスイッチング素子と、リアクトルと、正極側のスイッチング素子及び正極側のダイオードの一方又は双方の温度を検出する温度センサと、を有し、
出力端子の正極側と負極側との間に正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とが直列接続され、
正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子との接続点が、リアクトルを介して入力端子の正極側にされ、
出力端子の負極側と入力端子の負極側とが接続され、
電力変換装置の制御装置は、出力端子の電圧を入力端子の電圧よりも高くする昇圧制御を行う場合は、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御し、
入力端子と出力端子とを直結状態にする直結制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング素子をオンにすると共に前記負極側のスイッチング素子をオフにし、
温度以外の条件に基づいて昇圧制御及び直結制御のいずれを実行するかが決定された基本制御指令を設定し、
基本制御指令が直結制御の実行である場合であっても、温度センサにより検出した温度が、判定温度を上回っている場合は、昇圧制御を実行し、温度が判定温度以下の場合は、直結制御を実行し、
基本制御指令が昇圧制御の実行である場合は、温度が判定温度を上回っているか、以下であるかにかかわらず、昇圧制御を実行する電力変換装置の制御装置である。
Claims (4)
- 入力端子から出力端子に直流電圧を昇圧するコンバータを制御する電力変換装置の制御装置であって、
前記コンバータは、逆並列接続された正極側のダイオードを有する正極側のスイッチング素子と、逆並列接続された負極側のダイオードを有する負極側のスイッチング素子と、リアクトルと、前記正極側のスイッチング素子及び正極側のダイオードの一方又は双方の温度を検出する温度センサと、を有し、前記出力端子の正極側と負極側との間に前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子とが直列接続され、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子との接続点が、前記リアクトルを介して前記入力端子の正極側にされ、前記出力端子の負極側と前記入力端子の負極側とが接続され、
前記電力変換装置の制御装置は、前記出力端子の電圧を前記入力端子の電圧よりも高くする昇圧制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御し、前記入力端子と前記出力端子とを直結状態にする直結制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング制御をオンにすると共に前記負極側のスイッチング素子をオフにし、
前記直結制御を行うと判定した場合であっても、前記温度センサにより検出した温度が、判定温度を上回っている場合は、前記昇圧制御を実行し、前記温度が前記判定温度以下の場合は、前記直結制御を実行する電力変換装置の制御装置。 - 前記温度以外の条件に基づいて前記昇圧制御及び前記直結制御のいずれを実行するかが決定された基本制御指令を設定し、
前記基本制御指令が前記直結制御の実行である場合であっても、前記温度が前記判定温度を上回っている場合は、前記昇圧制御を実行し、前記温度が前記判定温度以下の場合は、前記直結制御を実行し、
前記基本制御指令が前記昇圧制御の実行である場合は、前記温度が前記判定温度を上回っているか、以下であるかにかかわらず、前記昇圧制御を実行する請求項1に記載の電力変換装置の制御装置。 - 前記出力端子は、直流電力を交流電力に変換して交流回転電機に供給するインバータに接続され、
前記基本制御指令は、前記交流回転電機の回転速度が判定速度を上回った場合に、前記昇圧制御を実行すると決定され、前記回転速度が前記判定速度以下の場合に、前記直結制御を実行すると決定された指令である請求項2に記載の電力変換装置の制御装置。 - 前記コンバータを遮断するゲート遮断を行うと判定した場合であっても、前記温度が、前記判定温度を上回っている場合は、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子を遮断用のオンオフ周期でオンオフ制御し、前記温度が前記判定温度以下である場合は、前記正極側のスイッチング素子をオフにすると共に前記負極側のスイッチング素子をオフにする請求項1から3のいずれか一項に記載の電力変換装置の制御装置。
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