JP2021044930A - 電力変換装置、および電力変換装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明による電力変換装置の制御方法は、三相のモータの各相に対応して上アーム回路と下アーム回路によりインバータ回路を構成し、直流電流を複数相の交流電流に変換し、前記インバータ回路の各相の出力電流を検出し、前記各相の出力電流に基づいて、前記インバータ回路を構成するスイッチング素子のオープン故障を診断する故障診断処理を行う電力変換装置の制御方法であって、前記故障診断処理は、前記各相の出力電流のうち正の電流を出力する第1半波整流と、前記各相の出力電流のうち負の電流を出力する第2半波整流と、を行い、前記故障診断処理は、前記第1半波整流および前記第2半波整流の出力に基づいて、前記スイッチング素子のうちオープン故障している前記スイッチング素子を特定する。
図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置100の回路構成図である。
電力変換装置100は、力行時において、直流電源10から得られる直流電力を交流電力に変換してモータ20を駆動する。直流電源10はモータ20を駆動させるための電源である。また、電力変換装置100は、回生時において、モータ20の動力を直流電力に変換して直流電源10を充電する。
電圧センサ70は、直流電源10の出力電圧を測定するセンサであり、測定した電圧値を電圧センサ値として制御回路40内の目標電流計算部42に出力する。
制御回路40は、電力変換装置100の外部に設けられた電子制御装置(図示省略)と通信を行い、外部の電子制御装置からモータ20の目標トルクを受け取り、目標電流計算部42へ入力する。
インバータ回路60は、内部に平滑コンデンサと6つのスイッチング素子を有し、力行時において、直流電源10から得られる直流電力を交流電力に変換してモータ20を駆動する。また、回生時において、モータ20の動力を直流電力に変換して直流電源10を充電する。
第1半波整流部451は、交流電流センサ値Ius、Ivs、Iwsから正の電流値のみ抽出し、平滑部453に出力する。
第2半波整流部452は、交流電流センサ値Ius、Ivs、Iwsから負の電流値のみ抽出し、平滑部453に出力する。
判定部454は、平滑部453から出力された6つの電流値を用いて、インバータ回路60内のスイッチング素子のどの箇所が故障しているかを判定し、故障箇所に応じた故障通知信号を故障通知装置30とPWM信号生成部44に出力する。
インバータ回路60は、UVW相の上下アーム直列回路を有する。U相上下アーム直列回路61は、U相上アームスイッチング素子Tuu及びU相上アームダイオードDuuと、U相下アームスイッチング素子Tul及びU相下アームダイオードDulとよりなる。V相上下アーム直列回路62は、V相上アームスイッチング素子Tvu及びV相上アームダイオードDvuと、V相下アームスイッチング素子Tvl及びV相下アームダイオードDvlとよりなる。W相上下アーム直列回路63は、W相上アームスイッチング素子Twu及びW相上アームダイオードDwuと、W相下アームスイッチング素子Twl及びW相下アームダイオードDwlとよりなる。
ステップS301では、故障診断部45は、交流電流センサ90から交流電流センサ値Ius、Ivs、Iwsを取得する。
PWM信号生成部44は、判定部454からの故障通知信号を受けて、ステップS401において、U相、V相、W相いずれかの上アームスイッチング素子のオープン故障が発生したかを判定する。オープン故障が発生した場合には、ステップS402において、フリーホイール状態もしくは下アームアクティブショート状態となるようなPWM信号を生成し、ドライバ回路50に出力する。このとき、上アームのスイッチング素子はオープン故障によりONできないため、上アームアクティブショート状態にはしない。
図6は、第2の実施形態に係る電力変換装置101の回路構成図である。第1の実施形態に係る電力変換装置100と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。第2の実施形態では、第1の実施形態に係る電力変換装置100とは故障診断部45の構成が異なる。なお、インバータ回路60は、図2で示した回路構成図と同様である。
ステップS701では、故障診断部45は、交流電流センサ90から交流電流センサ値Ius、Ivs、Iwsを取得する。
図9は、第3の実施形態に係る電力変換装置102の回路構成図である。第1の実施形態に係る電力変換装置100と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。第3の実施形態では、第1の実施形態と比較して、モータ速度計算部41よりモータ速度がPWM信号生成部44へ出力されている点が異なる。なお、インバータ回路60は、図2で示した回路構成図と同様である。
この第3の実施形態では、スイッチング素子のオープン故障箇所を素早く特定可能なことに加えて、スイッチング素子のオープン故障発生時にもモータ20の動作を継続できる電力変換装置102の例を示す。
図11は、第4の実施形態に係る電力変換装置103の回路構成図である。第1の実施形態に係る電力変換装置100と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。第4の実施形態では、第1の実施形態に係る電力変換装置100とは故障診断部45の構成が異なる。なお、インバータ回路60は、図2で示した回路構成図と同様である。
ステップS801では、故障診断部45は、交流電流センサ90から交流電流センサ値Ius、Ivs、Iwsを取得する。
U相の正側電流差分=U相の電流絶対値-U相の正の電流値 ・・・(1)
V相の正側電流差分=V相の電流絶対値-V相の正の電流値 ・・・(2)
W相の正側電流差分=W相の電流絶対値-W相の正の電流値 ・・・(3)
U相の負側電流差分=U相の電流絶対値+U相の負の電流値 ・・・(4)
V相の負側電流差分=V相の電流絶対値+V相の負の電流値 ・・・(5)
W相の負側電流差分=W相の電流絶対値+W相の負の電流値 ・・・(6)
(1)本発明による電力変換装置100、101、102、103は、三相のモータ20の各相に対応して上アーム回路と下アーム回路により構成され、直流電流を三相の交流電流に変換する三相のインバータ回路60と、インバータ回路60の各相の出力電流を検出する交流電流センサ90と、各相の出力電流に基づいて、インバータ回路60を構成するスイッチング素子のオープン故障を診断する故障診断部45と、を備え、故障診断部45は、各相の出力電流のうち正の電流を出力する第1半波整流部451と、各相の出力電流のうち負の電流を出力する第2半波整流部452と、を有し、故障診断部45は、第1半波整流部451および第2半波整流部452の出力に基づいて、スイッチング素子のうちオープン故障しているスイッチング素子を特定する。これにより、上アーム回路と下アーム回路を構成するスイッチング素子のどのスイッチング素子が故障しているかを特定することができる。
Claims (14)
- 三相のモータの各相に対応して上アーム回路と下アーム回路により構成され、直流電流を三相の交流電流に変換する三相のインバータ回路と、
前記インバータ回路の各相の出力電流を検出する電流検出部と、
前記各相の出力電流に基づいて、前記インバータ回路を構成するスイッチング素子のオープン故障を診断する故障診断部と、を備え、
前記故障診断部は、前記各相の出力電流のうち正の電流を出力する第1半波整流部と、前記各相の出力電流のうち負の電流を出力する第2半波整流部と、を有し、
前記故障診断部は、前記第1半波整流部および前記第2半波整流部の出力に基づいて、前記スイッチング素子のうちオープン故障している前記スイッチング素子を特定する電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、
前記故障診断部は、前記各相の出力電流のうち、前記第1半波整流部の出力を平滑化した値が所定の閾値以内である場合には、当該相の上アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断し、前記第2半波整流部の出力を平滑化した値が所定の閾値以内である場合には、当該相の下アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断する電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、
前記故障診断部は、前記各相の出力電流のうち、前記第1半波整流部の出力の一定時間内の最大値が所定の閾値以内である場合には、当該相の上アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断し、前記第2半波整流部の出力の一定時間内の最小値が所定の閾値以内である場合には、当該相の下アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断する電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、
前記故障診断部は、前記各相の出力電流の絶対値を出力する全波整流部を有し、
前記故障診断部は、前記各相の出力電流のうち、前記第1半波整流部の出力の絶対値と前記全波整流部の出力の差分が所定の閾値以内である場合には、当該相の下アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断し、前記第2半波整流部の出力の絶対値と前記全波整流部の出力の差分が所定の閾値以内である場合には、当該相の上アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断する電力変換装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電力変換装置において、
前記上アーム回路と前記下アーム回路にPWM信号を出力する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記故障診断部で前記上アーム回路がオープン故障していると判定された場合に、前記インバータ回路の前記上アーム回路および前記下アーム回路を構成する全てのスイッチング素子をオフにする、もしくは前記インバータ回路の前記下アーム回路を構成する全てのスイッチング素子をオンにする故障対処PWM信号を出力する電力変換装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の電力変換装置において、
前記上アーム回路と前記下アーム回路にPWM信号を出力する制御回路を備え、
前記制御回路は、前記故障診断部で前記下アーム回路がオープン故障していると判定された場合に、前記インバータ回路の前記上アーム回路および前記下アーム回路を構成する全てのスイッチング素子をオフにする、もしくは前記インバータ回路の前記上アーム回路を構成する全てのスイッチング素子をオンにする故障対処PWM信号を出力する電力変換装置。 - 請求項5または請求項6に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記モータの速度が所定の閾値以上の場合であって、前記故障診断部で前記上アーム回路もしくは下アーム回路がオープン故障していると判定された場合に、前記故障対処PWM信号を出力する電力変換装置。 - 三相のモータの各相に対応して上アーム回路と下アーム回路によりインバータ回路を構成し、直流電流を複数相の交流電流に変換し、
前記インバータ回路の各相の出力電流を検出し、
前記各相の出力電流に基づいて、前記インバータ回路を構成するスイッチング素子のオープン故障を診断する故障診断処理を行う電力変換装置の制御方法であって、
前記故障診断処理は、前記各相の出力電流のうち正の電流を出力する第1半波整流と、前記各相の出力電流のうち負の電流を出力する第2半波整流と、を行い、
前記故障診断処理は、前記第1半波整流および前記第2半波整流の出力に基づいて、前記スイッチング素子のうちオープン故障している前記スイッチング素子を特定する電力変換装置の制御方法。 - 請求項8に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記故障診断処理は、前記各相の出力電流のうち、前記第1半波整流の出力を平滑化した値が所定の閾値以内である場合には、当該相の上アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断し、前記第2半波整流の出力を平滑化した値が所定の閾値以内である場合には、当該相の下アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断する電力変換装置の制御方法。 - 請求項8に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記故障診断処理は、前記各相の出力電流のうち、前記第1半波整流の出力の一定時間内の最大値が所定の閾値以内である場合には、当該相の上アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断し、前記第2半波整流の出力の一定時間内の最小値が所定の閾値以内である場合には、当該相の下アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断する電力変換装置の制御方法。 - 請求項8に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記故障診断処理は、前記各相の出力電流の絶対値を出力する全波整流を行い、
前記故障診断処理は、前記各相の出力電流のうち、前記第1半波整流の出力の絶対値と前記全波整流の出力の差分が所定の閾値以内である場合には、当該相の下アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断し、前記第2半波整流の出力の絶対値と前記全波整流の出力の差分が所定の閾値以内である場合には、当該相の上アーム回路の前記スイッチング素子がオープン故障していると診断する電力変換装置の制御方法。 - 請求項8から請求項11までのいずれか1項に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記上アーム回路と前記下アーム回路にPWM信号を出力し、
前記上アーム回路がオープン故障していると判定された場合に、前記インバータ回路の前記上アーム回路および前記下アーム回路を構成する全てのスイッチング素子をオフにする、もしくは前記インバータ回路の前記下アーム回路を構成する全てのスイッチング素子をオンにする故障対処PWM信号を出力する電力変換装置の制御方法。 - 請求項8から請求項11までのいずれか1項に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記上アーム回路と前記下アーム回路にPWM信号を出力し、
前記下アーム回路がオープン故障していると判定された場合に、前記インバータ回路の前記上アーム回路および前記下アーム回路を構成する全てのスイッチング素子をオフにする、もしくは前記インバータ回路の前記上アーム回路を構成する全てのスイッチング素子をオンにする故障対処PWM信号を出力する電力変換装置の制御方法。 - 請求項12または請求項13に記載の電力変換装置の制御方法において、
前記モータの速度が所定の閾値以上の場合であって、前記上アーム回路もしくは前記下アーム回路がオープン故障していると判定された場合に、前記故障対処PWM信号を出力する電力変換装置の制御方法。
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